辐照度测量与评估介绍(光伏电站)

目录

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March 29, 2017

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太阳辐射简介

光伏领域的辐照度测量

余弦响应

辐照度监控的意义

兆瓦级光伏电站运行环境监控

光伏电站环境监控的意义

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March 29, 2017

太阳辐射简介

地球主要的能量源于太阳，它直接或者间接地保障了地球上生命的存在和繁衍。太阳由71%的氢、27%的氦和2%的其他物质构成。太阳中心的温度高达1600万度，其中心的核反应范围占了总直径的四分之一，太阳辐射的能量达到了3.72*1020兆瓦。地球在日地平均距离处，与太阳光垂直的大气上界单位面积上在单位时间内所接收的太阳辐射的总能量约为1367W/m 2，该数值被称为“太阳常数”。无论太阳处于活动周期(约11年为1个周期)的何种阶段，其产生的能量变化不会超过0.1%。

60MW/m2

~1.37kW/m2

太阳表面类似于一个5800K的黑体，辐射出射度约为60MW/m2

地球大气层外的接受到的辐射照度约为1.37kW/m2

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March 29, 2017

太阳辐射简介

太阳辐射在穿过大气层时一部分为大气的气体组分、水汽、云等反射、散射和吸收。到达地面的太阳辐射一部分部分被反射，但大部分被吸收和加热地球表面的陆地和海洋。地表和大气吸收的部分能量有再次以远红外形式辐射出去。

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March 29, 2017

太阳辐射简介

来自于太阳和天空，到达地球表面的辐射分为短波辐射(波长范围：280～4000nm，即4μm)和长波辐射(波长范围： 4.0 ～40μm，即远红外线)。其中短波辐射包括紫外线、可见光和近红外线。到达地面的短波辐射部分，主要受大气中云层、颗粒物，污染物还有航迹云的影响。在晴朗天气的正午，短波辐射的范围基本上处在1000-1300W/m2，其变化主要取决于所在地区的经度、纬度和时节。

备注：在气象学上，我们广义定义达到地球表面辐射的远近红外波段的临界点为4000nm，而不是通常我们光伏组件测量领域所说的1100nm。

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March 29, 2017

太阳辐射简介

在新能源领域，无论是光伏，还是光热系统，精确与可靠的太阳辐射数据变得越来越重要，成为研究开发、产品质量控制、确定最佳定位、监测系统效率和各种天空条件下太阳能发电量预报等活动科学决策的依据，提供了坚实可靠的基础信息。有诸多显示太阳能发电潜力分布地图，上图是欧洲地区前景图。

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March 29, 2017

光伏领域的辐照度测量

对于科学研究和投资来说，能量分布地图和卫星所提供的分辨率和精确度都不够高。由于各地的微气候存在差异，仅相隔数百公里的两个地方，其年太阳能日照时数就可能相差几百个小时。在特定地区进行一整年的连续测量，才能获得真正有利用价值的当地太阳能能量数据。不同光伏发电技术间的效率差别是比较小的，所以对于有意义的太阳辐射性价比来说，精确测量显得非常有必要。太阳辐射测量的误差会对投资造成巨大的影响。高质量的太阳辐射测量数据可以最优化系统安装的位置和和选择的太阳能系统类型。下面简单介绍光伏领域常见的辐射类型：

总辐射

直接辐射

漫散射

辐射类型介绍

备注：针对光伏领域的辐照度测量，所指的测量波段范围默认为280 ～4000nm.

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光伏领域的辐照度测量

总辐射度：G W/m2

直接辐射度：S W/m2

漫散辐射度：H W/m2

太阳辐射是利用具有水平光谱反应的热电堆型辐射表进行测量的。仪器的类型、性能、校准方法在WMO(世界气象组织)和ISO(国际标准组织)都有明确规定。这些仪器能够精确测量各种天空条件下可获得的太阳总辐射能量、 直接辐射能量、 漫散射能量。

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March 29, 2017

光伏领域的辐照度测量

辐照度表的光谱响应

光伏晶体硅组件基本上仅对光谱的红外线部分和可见光部分具有高敏感度，即400-1100nm，略过可见光有一个峰值；其对紫外线具有微弱的敏感度，对长波辐射不具敏感度。

上图为Kipp&Zonen CMP系列的辐射表的光谱响应响应曲线(响应测试范围为：285-2800nm),其测试范围内的总能量占到整个短波能量(280-4000nm)的98.9%，而且在这个测试区域内，其光谱响应系数为恒值，所以针对短波辐射强度测量具有很高的准确度。其能够精确测量各种天空条件下可获得的太阳总能量。通过与其他气象站和卫星所获得的数据进行对比，为不同地区、不同类型的太阳能源系统提供重要的观测数据。

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March 29, 2017

光伏领域的辐照度测量

已建发电系统需要什么测量设备

PV板视野宽，朝向接受尽可能多的太阳辐射方向安装。根据安装地点和成本预算状况，可选某固定角度安装，也可使用单轴或双轴追踪系统，该系统能随着太阳转动。光伏组件的性能大多是通